【課件】電場+電場強(qiáng)度+課件高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊

電場

電場強(qiáng)度人教版高中物理必修3第九章

靜電場及其應(yīng)用通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，同學(xué)們將對電荷之間的作用力有一個(gè)更深層次的認(rèn)識。思考討論：在真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷它們又沒有直接接觸，它們之間的庫侖力是如何產(chǎn)生的呢？對于像萬有引力和靜電力這樣的非接觸物體之間存在的作用力，除了尋找力的作用規(guī)律外，人們還關(guān)心另一個(gè)更為深刻的問題：這些力是怎樣傳遞的？相隔一定距離的電荷之間的相互作用是怎樣發(fā)生的呢？這是一個(gè)曾經(jīng)使人感到迷惑，同時(shí)又引起各種猜想而且有過長期爭論的科學(xué)問題。在牛頓提出萬有引力定律之后，有不少科學(xué)家認(rèn)為萬有引力是一種既不需要媒介，也不需要經(jīng)歷時(shí)間，而是超越空間與時(shí)間直接發(fā)生的力，這種觀點(diǎn)被稱為超距作用。萊布尼茨超距作用觀點(diǎn)帶有神秘色彩，與人類的理智和科學(xué)追求不符，是許多科學(xué)家難以接受的，在引力作用怎樣發(fā)生的問題上，牛頓就堅(jiān)決反對超距作用觀點(diǎn)，但未提出自己的見解，并聲稱“不作假說”！由于靜電力和萬有引力的諸多相似性，有不少學(xué)者提出靜電力也是一種超距作用。真正使人們擺脫這一困境的是一位對事物本性有深刻洞察力的科學(xué)家——英國人法拉第。19世紀(jì)30年代，英國科學(xué)家法拉第提出一種觀點(diǎn)，認(rèn)為在電荷的周圍存在著由它產(chǎn)生的電場。電荷之間通過電場發(fā)生相互作用。1.電場：存在于電荷周圍的一種特殊物質(zhì)。一、電場??注意：電場以及磁場已被證明是一種客觀存在的物質(zhì)，場像分子、原子等實(shí)物粒子一樣具有能量，因而場也是物質(zhì)存在的一種形式。不過只有在研究運(yùn)動(dòng)的電荷，特別是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)迅速變化的電荷時(shí)，上述場的物質(zhì)性才突顯出來。本章只討論靜止電荷產(chǎn)生的電場。2.靜電場：靜止電荷產(chǎn)生的電場。3.電場的基本性質(zhì)：

①電場對放入其中的電荷有力的作用；

②電荷之間的相互作用就是通過電場來傳遞的。4.電場力：電場對電荷有力的作用叫電場力。思考與討論：電場是一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，應(yīng)該怎樣研究它呢？電場是在與電荷的相互作用中表現(xiàn)出自己的特性的。電場最基本的性質(zhì)是對放入其中的電荷有力的作用。因此，在研究電場的性質(zhì)時(shí)，可以將電荷放入電場中，從電荷所受的靜電力入手，定量的研究和描述電場。①場源電荷（Q）：激發(fā)電場的帶電體所帶的電荷叫作場源電荷，或源電荷。②試探電荷（q）：為了研究源電荷電場的性質(zhì)而引入的電荷量和線度足夠小的點(diǎn)電荷。1.場源電荷和試探電荷FA

+q+Q+q思考與討論：如圖，電荷+Q

周圍存在電場，把試探電荷+q分別放入電場中A、B

兩點(diǎn)，試大致畫出電荷+q受到電場力FA、FB？比較FA與FB，關(guān)于A、B兩處的電場有何看法？FB電場有強(qiáng)弱、有方向AB同一個(gè)試探電荷q在源電荷電場中不同的兩點(diǎn)受到的電場力大小不同，說明電場有強(qiáng)弱；同一個(gè)試探電荷q在源電荷電場中不同的兩點(diǎn)受到的電場力方向不同，說明電場有方向。那么，我們應(yīng)該如何定量的描述電場的強(qiáng)弱和方向呢？如果把一個(gè)很小的電荷q1

選為試探電荷，它在電場中某個(gè)位置受到的靜電力是F1，另一個(gè)同樣的電荷在同一位置受到的靜電力一定也是F1；我們可以推測，假如有一個(gè)電荷量為2q1的電荷放在這里，它受到的靜電力就是2F1。依此類推，電荷量為3q1的電荷放在這里，受到的靜電力是3F1……我們可以推測出試探電荷在電場中某點(diǎn)受到的靜電力F與試探電荷的電荷量q之比是一個(gè)常量。這個(gè)比值與試探電荷無關(guān)，是由電場本身決定的，所以更能反映電場本身的性質(zhì)，這個(gè)比值也許能反映電場的強(qiáng)弱。以上分析只能算是一種猜想和假設(shè)，它的正確性有待進(jìn)一步的檢驗(yàn)。我們可以用點(diǎn)電荷的電場來進(jìn)行分析。如圖，在點(diǎn)電荷Q的電場中的P點(diǎn)，放一個(gè)試探電荷q1

，它在電場中受到的靜電力是F1

，根據(jù)庫侖定律：Qq1pr（1）同理，如果把試探電荷換成q2

，它在電場中受到的靜電力是F2

，有（2）由（1）（2）兩式可得：結(jié)論：比值F/q由與試探電荷q的電荷量大小無關(guān)，而與產(chǎn)生電場的場源電荷的電荷量Q及P點(diǎn)與場源電荷之間的距離r有關(guān)。進(jìn)一步分析可知：場源電荷電荷量越大，離場源電荷越近，比值F/q越大，試探電荷受到的電場力越大，電場越強(qiáng)，所以比值F/q可以反映電場的強(qiáng)弱。實(shí)驗(yàn)表明：無論是點(diǎn)電荷的電場還是其他電場，在電場的不同位置，試探電荷所受的靜電力與它的電荷量之比一般說來是不一樣的。它反映了電場在各點(diǎn)的性質(zhì)，叫作電場強(qiáng)度。FA

+q+Q+qFBAB（1）定義：放入電場中某點(diǎn)的電荷所受的電場力F跟它的電荷量q的

比值，叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，簡稱場強(qiáng)，用E表示。（2）定義式：（3）電場強(qiáng)度的單位：牛每庫，符號：N/C。2.電場強(qiáng)度如果1C的電荷在電場中的某點(diǎn)受到的靜電力是1N，那么該點(diǎn)的電場強(qiáng)度就是1N/C，即:（4）方向：規(guī)定，電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向與正電荷在該點(diǎn)所

受的靜電力的方向相同，跟負(fù)電荷在該點(diǎn)所受的電場力的方向

相反。（5）物理意義：電場強(qiáng)度是描述電場的力的性質(zhì)的物理量，與試

探電荷受到的靜電力大小無關(guān)。注意：電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小和方向由電場本身決定，與放入的電荷無關(guān)。例題：在真空中A點(diǎn)有一正電荷Q=2.0×10-4C，把檢驗(yàn)電荷q=2.0×10-6C的負(fù)電荷置于B點(diǎn)，他們相距離r=2m，如圖所示。求：q所在點(diǎn)的電場強(qiáng)度。三、點(diǎn)電荷的電場根據(jù)上式可知，以電荷量為Q的點(diǎn)電荷為中心作一個(gè)球面，則球面上各點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相等。1.電場強(qiáng)度（點(diǎn)電荷式）（1）正點(diǎn)電荷的電場

當(dāng)Q為正電荷時(shí)，電場強(qiáng)度E的方向

沿半徑向外。（2）負(fù)點(diǎn)電荷的電場

當(dāng)Q為負(fù)電荷時(shí)，電場強(qiáng)度E的方向

沿半徑向內(nèi)。2、點(diǎn)電荷的電場的場強(qiáng)方向兩個(gè)電場強(qiáng)度公式的比較適用范圍式中電荷的意義定義式，適用于一切電場僅適用于點(diǎn)電荷在真空中的電場q是試探電荷的電荷量，但E與q無關(guān)Q是場源電荷的電荷量，E與Q成正比練習(xí)1：關(guān)于場強(qiáng)公式E=F/q①和公式E=kq/r2②下列說法正確的是(

)

A．①式中的E不是電荷q所產(chǎn)生電場的場強(qiáng)，②式中的場強(qiáng)E是電荷q所產(chǎn)生電場的場強(qiáng)。B．①式中的F是放入某電場中的電荷所受的力，q是產(chǎn)生這個(gè)電場的電荷。C．②式中的場強(qiáng)E是某電場的場強(qiáng)，q是放入此電場中的電荷D．①②兩式都只對點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場才成立。A練習(xí)2.關(guān)于電場強(qiáng)度,下列說法正確的是()A.E=F/q，若q減半，則該處的場強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?倍。B.E=kQ/r2中，E與Q成正比，而與r2成反比C.由E=F/q知，電場強(qiáng)度E跟電場力F成正比，跟放入電場中的電荷的電量q成反比D.電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)方向就是該點(diǎn)所放電荷受到的電場力的方向B四.電場的疊加原理1.電場疊加原理：如果場源是多個(gè)點(diǎn)電荷，則電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和。練習(xí).點(diǎn)電荷A和B，分別帶正電和負(fù)電，電荷量分別為4Q和Q，在A、B連線上,如圖所示，電場強(qiáng)度為零的地方在(

)A.B的左側(cè)B.A的右側(cè)C.A和B之間D.A的右側(cè)及B的左側(cè)A2.一個(gè)半徑為R的均勻帶電球體（或球殼）在球的外部產(chǎn)生的電場，與一個(gè)位于球心、電荷量相等的點(diǎn)電荷在同一點(diǎn)產(chǎn)生的電場相同，即式中的r是球心到該點(diǎn)的距離（r>R），Q為整個(gè)球體所帶的電荷量。五、電場線1.定義：如果在電場中畫一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致，這樣的曲線叫做電場線。2.特點(diǎn)：①電場線密的地方場強(qiáng)強(qiáng)，電場線疏的地方場強(qiáng)弱。②靜電場的電場線起于正電荷止于負(fù)電荷，孤立的正電荷（或負(fù)電荷）的電場線止于（或起于）無窮遠(yuǎn)處點(diǎn)。③電場線不會(huì)相交，也不會(huì)相切。④電場線是假想的，實(shí)際電場中并不存在。⑤電場線不是閉合曲線，且與帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡之間沒有必然聯(lián)系。特點(diǎn)：（1）離點(diǎn)電荷越近，電場線越密，場強(qiáng)越大。（2）以點(diǎn)電荷為球心作個(gè)球面，電場線處處與球面垂直，在此球面上場強(qiáng)大小處處相等，方向不同。（1）正、負(fù)點(diǎn)電荷的電場中電場線的分布3.幾種常見的電場線分布及特點(diǎn)特點(diǎn)：①沿點(diǎn)電荷的連線，場強(qiáng)先變小后變大。②兩點(diǎn)電荷連線中垂面（中垂線）上，場強(qiáng)方向均相同，且總與中垂面（中垂線）垂直。（2）等量異種點(diǎn)電荷形成的電場中的電場線分布③在中垂面（中垂線）上，與兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)0等距離各點(diǎn)場強(qiáng)相等。④在中間連線上，O點(diǎn)場強(qiáng)最小，在中垂線上，O點(diǎn)場強(qiáng)最大。（3）等量同種點(diǎn)電荷形成的電場中電場中電場線分布情況特點(diǎn)：①兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)O處場強(qiáng)為0。③兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)到無限遠(yuǎn)電場線先變密后變疏，場強(qiáng)先增大后減小。②兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)附近的電場線非常稀疏，但場強(qiáng)并不為0。（3）等量同種點(diǎn)電荷形成的電場中電場中電場線分布情況特點(diǎn)：①兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)O處場強(qiáng)為0。③兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)到無限遠(yuǎn)電場線先變密后變疏，場強(qiáng)先增大后減小。②兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)附近的電場線非常稀疏，但場強(qiáng)并不為0。（4）勻強(qiáng)電場特點(diǎn)：①勻強(qiáng)電場是大小和方向都相同的電場，故勻強(qiáng)電場的電場線是平行等距同向的直線。②電場線的疏密反映場強(qiáng)大小，電場方向與電場線平行。（5）點(diǎn)電荷與帶點(diǎn)平板特點(diǎn)：電場線與導(dǎo)體表面垂直，在導(dǎo)體表面移動(dòng)電荷，電場力不做功。思考與討論：電場線就是點(diǎn)電荷在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡，這個(gè)說法正確嗎？要使兩條曲線能重合，要滿足如下特殊條件：①電場線是直線；②電荷初速度為零或初速度方向與電場線在同一直線上；③電荷只受電場力作用。練習(xí)．以下說法正確的是（）A．電場線是電場中實(shí)際存在的線B．電場線是從正電荷(或無窮遠(yuǎn))發(fā)出，到負(fù)電荷或(無窮遠(yuǎn))終止的不封閉曲線C．一對正、負(fù)電荷的電場線不相交，但兩對以上正負(fù)電荷的電場線可能相交D．電場線的疏密程度反映電場強(qiáng)度大小，電場中沒有電場線的地方，場強(qiáng)為零BC練習(xí).如圖所示，空間有一電場，電場中有兩個(gè)點(diǎn)a和b，下列表述正確的是(

)A.該電場是勻強(qiáng)電場B.a點(diǎn)的電場強(qiáng)度比b點(diǎn)的大C.b點(diǎn)的電場強(qiáng)度比a點(diǎn)的大D.正電荷在